天线的基础知识

天线的基础知识(2009-05-1722:14:38)1天线工作原理及作用是什么？天线作为无线通信不可缺少的一部分，其基本功能是辐射和接收无线电波。发射时，把高频电流转换为电磁波；接收时，把电滋波转换为高频电流。2天线有多少种类？天线品种繁多，主要有下列几种分类方式：按用途可分为基地台天线（basestationantenna）和移动台天线（mobileportableantennas），还有就是手持对讲机用的天线（handholdtransceiverantennas)。基地电台俗称棒子天线；车载天线俗称苗子；手台天线由于绝大部分是橡胶外皮的因此俗称橡胶天线或橡胶棒儿。按工作频段可划分为超长波、长波、中波、短波、超短波和微波。按其方向可划分为全向和定向天线。3如何选择天线？天线作为通信系统的重要组成部分，其性能的好坏直接影响通信系统的指标，用户在选择天线时必须首先注重其性能。具体说有两个方面，第一选择天线类型；第二选择天线的电气性能。选择天线类型的意义是：所选天线的方向图是否符合系统设计中电波覆盖的要求；选择天线电气性能的要求是：选择天线的频率带宽、增益、额定功率等电气指标是否符合系统设计要求。因此，用户在选择天线时最好向厂家联系咨询或在往上对比分析其技术指标。4什么是天线的增益？增益是天线的主要指标之一，它是方向系数与效率的乘积，是天线辐射或接收电波大小的表现。增益大小的选择取决于系统设计对电波覆盖区域的要求，简单地说，在同等条件下，增益越高，电波传播的距离越远，一般基地台天线采用高增益天线，移动台天线采用低增益天线。5什么是电压驻波比？天线输入阻抗和馈线的特性阻抗不一致时，产生的反射波和入射波在馈线上叠加形成的磁波，其相邻电压的最大值和最小值之比是电压驻波比，它是检验馈线传输效率的依据，电压驻波比小于1.5，在工作频点的电压驻波比小于1.2，电压驻波比过大，将缩短通信距离，而且反射功率将返回发射机功放部分，容易烧坏功放管，影响通信系统正常工作。电压驻波比1.01.11.21.52.03.0反射功率%00.20.84.011.125.0传输功率%10099.899.29688.975.06什么是天线的方向性？天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力，这就是天线的方向性。衡量天线方向性通常使用方向图，在水平面上，辐射与接收无最大方向的天线称为全向天线，有一个或多个最大方向的天线称为定向天线。全向天线由于其无方向性，所以多用在点对多点通信的中心台。定向天线由于具有最大辐射或接收方向，因此能量集中，增益相对全向天线要高，适合于远距离点对点通信，同时由于具有方向性，抗干扰能力比较强。7如何理解天线的工作频带宽度？天线的电参数一般都于工作频率有关，保证电参数指标容许的频率变化范围，即是天线的工作频带宽度。一般全向天线的工作带宽能达到工作频率范围的3-5%，定向天线的工作带宽能达到工作频率的5-10%。8如何选取电缆及电缆长度？移动通信系统常使用特性阻抗为50欧的同轴电缆作为馈线。为了有效地把电波传输到天线接口，应尽量减小馈线的传输损耗。传输损耗取决于电缆的直径和长度，同一频率下电缆直径越大，损耗越小，电缆越长损耗越大，原则上，要求电缆的传输损耗不宜超过3分贝。下表列出常用电缆的衰减值（db/m），用户可根据自已情况，合理选择电缆型号及长度。频率型号150MHz400MHz900MHzSYV-50-70.1210.2030.295CTC-50-70.0600.1000.165CTC-50-90.0500.0850.135CTC-50-120.0400.0600.105进口10D-FB0.0400.0700.1109如何选择天线安装地点？由于地形和环境的影响，天线接收到的电磁波是直射波、反射波及散射波的叠加，其结果决定了接收点处的场强幅度和相位，并直接影响天线的应用效果。因此，选择天线架设位置应注意以下几个方面：a、天线的发射或接收方向应避开障碍物（楼房、铁塔、桥梁等）；b、天线架设地点应尽量远离干扰源（高压线、航线、铁塔、公路等）；c、天线应尽量架设在附近的制高点；d、如有几付天线同在一个铁塔上工作，应特别注意它们之间的左右和上下的间距，以防相互耦合影响系统性能。10天馈系统应如何安装？首先将天线、馈线和配套零部件按产品说明的要求组装好，然后在天线的支撑位置，用卡具固定于塔杆的天线支架上，并使天线与塔杆的平行间距大于使用波长，减少塔杆对天线性能的影响。在天线端口处，将馈电线用连接器（或称电缆头）与天线接好，弯一个直径约五十倍于馈电线直径的圆环固定于天线支架上，避免连接器部位直接受力而断线或损坏。11天馈系统如何防水？天线与馈电线主要是靠连接器连接，采用自粘性橡胶密封带，将其拉伸后，以半搭形式缠绕在接连器上，可起到良好的密封防水作用。另外，在馈电线进入室内处弯一个返水弯，可避免雨水沿馈电线进入室内设备。12如何检测天馈系统？天馈系统架设好后，应由专业技术人员使用专用检测仪器进行检测。通常可在发射机和天馈系统之间串接通过式功率计，检验设备发射机功率和反射功率的大小来判断系统工作是否正常。甚高频（VHF）的通讯距离起决于天线的增益、高度，发射机输出功率、接收机灵敏度、电磁环境及有无障碍物等。本页提供一计算图表，您通过它可以大致算出预定通信系统的通讯距离。右边公式是如下系统的计算值：*甲台为基地台，架设于10楼高度，采用6dB玻璃钢基地台天线，电缆长度为40米，发射功率25W，接收机灵敏度0.5微伏。*乙台为移动手持式对讲机，采用3dB拉杆天线，发射功率5W，接收灵敏度0.5微伏。*根据以上数据在下图中查得对应的分贝值，如右式计算出结果分贝数（X轴，参考电平），即可查出（Y轴，通讯距离）甲乙两机通讯距离为53公里。从图表中可看出，提高天线的增益、接收机的灵敏度和双方天线的高度比提高发射机功率更有效。以上计算出的得数是一般通信环境（无干扰、无大障碍物）的通讯距离，和实际环境通讯距离会有些误差。此主题相关图片如下：按此查看图片详细信息举例说明：以+8dB为X轴，向上查得斜线对应点的Y轴数值即为系统通讯距离此主题相关图片如下：按此查看图片详细信息天线的工作频率范围（频带宽度）无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围（频带宽度）内工作的，天线的频带宽度有两种不同的定义------一种是指：在驻波比SWR≤1.5条件下，天线的工作频带宽度；一种是指：天线增益下降3分贝范围内的频带宽度。增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。可以这样来理解增益的物理含义------为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号。如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要100W的输入功率，而用增益为G=13dB=20的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需100/20=5W.换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。半波对称振子的增益为G=2.15dBi;4个半波对称振子沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为G=8.15dBidBi这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源。如果以半波对称振子作比较对象，则增益的单位是dBd。半波对称振子的增益为G=0dBd（因为是自己跟自己比，比值为1，取对数得零值。）；垂直四元阵，其增益约为G=8.15–2.15=6dB此主题相关图片如下：按此查看图片详细信息几种常用的短波天线１．八木天线（ＹａｇｉＡｎｔｅｎｎａ）八木天线在短波通信中通常用于大于６ＭＨｚ以上频段，八木天线在理想情况下增益可达到１９ｄＢ，八木天线应用于窄带和高增益短波通信，可架设安装在铁塔上具有很强的方向性。在一个铁塔上可同时架设几个八木天线，八木天线的主要优点是价格便宜。２．对数周期天线（ＬｏｇＰｅｒｉｏｄｉｃＡｎｔｅｎｎａ）对数周期天线价格昂贵，但可以使用在多种频率和仰角上。对数周期天线适合于中、短波通信，利用天波信号，效率高，接近于发射期望值。与其它高增益天线相比，对数周期天线方向性更强，对无用方向信号的衰减更大。３．长线天线（Ｌｏｎｇ－ＷｉｒｅＡｎｔｅｎｎａｓ）长线天线优点是结构简单，价格低，增益适中。与八木天线和对极周期天线比，长线天线长度方向性和增益低。但其优势在于，由于其增益与线长度有关，用户可以找到最佳接收线的长度和角度。通过比较信号波长，计算出线的长度，非常适合于远距离通信。当线长４倍波长在仰角为２５度时与双极天线比增益高３ｄＢ，当线长８倍于波长时，增益高６ｄＢ，仰角下降到１８度，图１为长线天线增益示图。４．车载移动天线（ＭｏｂｉｌｅＡｎｔｅｎｎａｓ）移动天线一般工作在２．０～２５ＭＨｚ频段上，为垂直极性天线，性能与机械特性有关，天线长度较短，在低仰角工作时，发射效率适中。在通常情况下，车载天线仰角应大于４５度，因为天线长度较短，是低效天线。在汽车上，机械特性限制了天线的选择，但天线可以放置为倒Ｌ型，这样增加了天线的垂直辐射面，可以提高发射效率，倒Ｌ天线适宜用于中短波通信。